京滬高速鐵路濟南西站CFG樁復合地基土模旋切截樁現澆樁帽施工技術

徐 偉，杜雪峰

(中鐵十二局集團有限公司，太原 030024)

1 工程概況

濟南西站是京滬高速鐵路5個始發終到站之一，本標段站場路基正線全長3.6 km，自黃河南引橋滬端橋臺尾DIK417+453.58至跨濟兗公路特大橋京端橋臺尾DIK421+053.36。站內軟土、松軟土分布廣泛。正線無砟軌道板基礎按1∶1放坡至原地面以內部分采用33 m長的PHC管樁+50 cm厚鋼筋混凝土筏板基礎;筏板外采用15～25 m長的CFG樁+60 cm厚碎石墊層的樁帽網結構加固處理。CFG樁設計樁徑40 cm，樁體設計強度達到不小于C20混凝土強度等級。CFG樁布置形式為:縱向間距1.5 m，橫向間距1.6 m。樁帽設計為φ110 cm、厚度50 cm的圓柱形樁帽，混凝土強度不小于C30。

2 施工特點

(1)流程簡捷，工效高，速度快。通過先機械填筑后人工開挖的土模法，有效避免了CFG樁成樁后樁間土的挖除與回填，簡化了施工工序，提升了施工速度;采用自行研制的旋切截樁機截除樁頭，降低了作業人員勞動強度，大幅提高了工效。

(2)工藝簡單，施工便利，質量可靠，便于推廣。場地的硬化填筑、樁帽土模開挖和截樁機旋切截樁施工工藝易于掌握，質量易控，避免了因保護土層清運和去樁頭作業對樁頂設計平面以下樁間土的過度擾動、對樁身的磕碰造成斷樁的問題以及樁間土回填不易夯實的問題，保證了施工質量。

(3)設備簡單，成本低廉，經濟效益顯著。自主研制的截樁機，結構簡單、配件易購、投入小，可購買配件、材料進行自加工，有效降低設備成本投入，經濟效益顯著。

3 適用范圍

本方法適用于鐵路、公路、房建、市政等工程CFG樁樁帽網(圓柱形樁帽)結構的施工，特別是對于CFG樁樁帽網工程量大、任務集中、工期緊張的項目有顯著的技術經濟效益。

4 工藝原理

隨同場地清表預先對作業區以A、B組填料進行換填施工，形成硬化層，使其達到樁間土的回填壓實質量要求。CFG樁成樁后清除置換土并整平場地，在硬化層內按樁帽尺寸人工開挖基槽制作土模，在土模內現澆樁帽混凝土，避免CFG樁成樁后挖除樁周土和樁帽澆筑完成后回填樁間土施工的復雜性。

采用自主研發的旋切截樁機，可使鋸片探入地面以下截樁位置水平旋轉切割樁身截樁，解決因土模空間狹小，采用風鎬截除樁頭費時耗力、效率低、觀感較差、易傷樁身等問題。

5 施工工藝流程及操作要點

5.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

5.2 操作要點

5.2.1 場地硬化層預處理

清表作業完成后，CFG樁施工前采用A、B組填料預先對作業區進行換填處理，硬化層厚度與樁帽高度基本相當，層頂高程按樁帽頂設計高程控制，分層層厚及壓實質量應符合客運專線鐵路基床以下路堤填料的壓實要求，同時滿足CFG樁帽網結構樁間土的回填質量的設計要求，確保CFG樁樁機進場及走行便利。

5.2.2 開挖硬化層制作土模

開挖樁帽基槽前，首先由測量人員測量每根樁的樁頂高程，由技術人員根據測量結果及設計高程確定下挖深度，并對工班進行交底。基槽采用人工開挖，樁周土的開挖應嚴格按照設計樁帽的尺寸及交底開挖深度進行開挖，確保樁帽基坑中心位置偏差不超過15 mm，平面尺寸偏差小于±30 mm，樁帽高度偏差不超過+30、－20 mm，中心位置基槽坑底應平整、無雜物，高程處于截樁位置以下10 cm處(設計CFG樁樁身嵌入樁帽10 cm)，以便于截樁機繞樁身旋轉切割時保持軌道平順。

5.2.3 截樁機旋切截除樁頭

(1)旋切截樁機結構及工作原理

圖1 施工工藝流程

旋切截樁機是基于切割機的原理，針對本工程特點設計，由水箱、電源開關、被動軌道輪、道軌、圓圈支架、支架、水龍頭、電機、拔插、銷子、固定板、擺動板、滑套、操作桿、上皮帶輪、搖把、長滑套、傳動皮帶、冷卻水管、主動軌道輪、下皮帶輪、切割鋸、電線組成，如圖2所示。

工作時，把道軌套上樁頭，置于樁帽基槽坑底。架起支架，把主動軌道輪和2個被動軌道輪放在道軌上。打開電源開關通電，啟動電機帶動切割鋸旋轉，操作人員轉動操作桿，帶動拔插強制拔動銷子，使銷子帶動擺動板旋轉角度，讓擺動板帶動電機與切割鋸靠近樁身由淺至深切割樁頭;同時，操作人員旋轉搖把，帶動上皮帶輪旋轉。在傳動皮帶的帶動下，下皮帶輪和主動軌道輪同軸轉動，帶動2個被動軌道輪在道軌上轉動。在打開電機電源開關的同時，打開水龍頭，冷卻水從水箱中經冷卻水管流到電機和切割鋸上對兩者進行冷卻。隨著支架在道軌上繞樁身旋轉1周，切割鋸旋繞樁頭1周對樁身實施切割作業并形成環形切縫，關閉電源，移機至下一樁點切割，然后對已旋切完畢的樁位進行去樁頭作業。

圖2 截樁機結構

(2)去樁頭作業

采用截樁機繞樁身切割1周，形成環形切縫，切樁過程中注意冷卻水管水量不足時應及時補水，一是冷卻鋸片，二是抑制飛塵;樁身直徑為40 cm，截樁機切割進尺為10 cm，截樁機繞樁身旋切1周后，需用鋼楔子置于切縫處，以大錘錘擊鋼楔，使楔頭自切縫處嵌入樁體撬斷樁身，樁頭自然脫落;切割線位于地面以下，需將相鄰樁的樁間土挖通，便于工人揮錘敲擊鋼楔;為方便鋼楔定位，可在鋼楔上焊接φ8 mm鋼筋作為扶桿，由另一名工人掌握，防止錘擊鋼楔時鋼楔偏位，如圖3所示;現場移機作業時注意用電安全，適時調整截樁機電力線的走向和位置;設置2個工班組流水作業，1個班組專司旋切鋸樁，1個班組負責截取樁頭，1根樁切割完畢后，旋切截樁機即可移至下一樁位繼續切樁，另一班組則在切割好的樁體上開始進行截樁頭作業。

圖3 截樁頭作業示意

5.2.4 修整土模

在混凝土澆筑前需對土模進行尺寸檢查，對土模尺寸不足的進行修整并清除坑內浮渣。由于坑口尺寸一般大于樁帽的設計尺寸，而且個別樁位的地面高程低于樁帽頂面高程，為便于控制樁帽尺寸，在澆筑混凝土時可在土模坑口設置模板，一是可以節約樁帽混凝土，二是可以確保澆筑完成的樁帽尺寸一致，美觀整齊;模板高度一般為20 cm，由鋼板加工而成，依樁帽外觀尺寸做成圓形，掛線調整、控制模板頂高程。

5.2.5 整平夯填樁間土

樁帽混凝土達到設計強度后，拆除坑口模板。受場地硬化高程控制及施工過程對場地輕微破壞的影響，樁間土不能完全于樁帽頂平齊。對于高于樁帽頂的樁間土清除至樁帽頂高程即可，對于低于樁帽頂高程的，應依據設計填料要求對樁間土進行回填。樁間土一般低于樁帽頂0～15 cm，可待樁帽混凝土達到設計強度后，采用自卸汽車運填料至現場，人工攤鋪，沖擊夯夯實的方法進行回填，回填按從邊緣到中心的順序進行。回填時應注意對填料的含水率的檢測及控制，以利于填料夯實達到設計標準。對于部分難以夯到的部位，采用超填夯實后，清除超填部分的方法進行回填。

6 質量控制措施

(1)對進場的模具、機械等機具設備進行檢查驗收，確保其技術指標達標、運轉正常，可滿足施工要求。

(2)場地硬化及樁帽施工時均應以“樣板先行”為原則，先進行試驗段的施工，取得經驗并進行改進完善后再進行推廣，全面展開施工。

(3)在CFG樁混合料灌注完成后，待混合料初凝時對置換土及浮漿進行挖除。清除時應避免對樁身造成損傷，必要時預留一部分采用小型挖機進行清除。

(4)按照樁帽尺寸挖除樁周土方，制成樁帽大小的土模。在開挖過程中，采用水準儀進行高程控制。土模坑底應平整以利于截樁機在切割樁頭時切縫平整，截樁作業完成后應對坑底進行清理，確保無浮渣等。

(5)嚴格控制土模開挖的坑底高程，利用截樁機的鋸片與機底端有10 cm高差的特點，確保截樁位置準確。在實施切割作業時，應盡量使鋸片完全切入樁體一周，確保切縫深度以保障截樁質量，嚴禁三點切割等不繞樁體切割一周的作業。

(6)混凝土嚴格按照配合比拌制，澆筑、養護應滿足施工及規范要求。

7 效益分析

采用土模法現澆樁帽后不僅施工質量得到了保證，工期也大大縮短，避免了傳統工法工序復雜、交叉作業、干擾因素多、施工不便、工效低等問題，有比較明顯的經濟性。在樁帽基坑開挖及樁間土的開挖回填方面，濟南西站工程采用本方法較傳統工法節約成本126.32萬元。

采用自行研制的旋切截樁機截除樁頭，操作方便，速度快，作業人員勞動強度明顯降低，工效得到大幅提高。截樁機的研發采用，極大地提高了截樁工效，在人力、電力等方面降低了成本支出。截樁機截樁可節約成本46.56萬元。

匯總可知，相較傳統工法而言，采用本方法在濟南西站工程的CFG樁施工中綜合節約成本為172.88萬元，總體經濟效益顯著。

［1］鐵道部經濟規劃研究院.TZ21—2005 客運專線鐵路路基工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］楊維威.CFG樁在石武客運專線路基工程地基處理中的應用［J］.鐵道標準設計，2010(9):52-55.